摘要

以廣東匯成真空為代表的領先設備廠商，將推動復合鋁/銅箔在材料結構層面的變革，助力復合鋁/銅箔在主流電池企業(yè)和車企中的滲透率進一步提升，并為鋰電池行業(yè)升級帶來福音。

2021年，多功能復合集流體技術啟動產業(yè)化進程。

寧德時代首創(chuàng)的四維優(yōu)勢動力電池革新技術以其“高安全、高比能、長壽命、強兼容”的特點引發(fā)討論，代表了多功能復合集流體技術在動力電池場景的下的應用邏輯。

而此種技術，也早就延伸到了3C領域。如OPPO便在去年7月發(fā)布了“夾心式安全電池”，采用的是具備五層安全結構的復合集流體。

以上兩個案例都基于一種叫“三明治”的復合集流體創(chuàng)新結構。

自動力電池邁入產業(yè)化發(fā)展的階段起，安全性與能量密度之間的博弈就持續(xù)存在。二者難以兼顧的問題甚至成為了動力電池行業(yè)的“阿克琉斯之踵”。

一直以來，不論是結構創(chuàng)新還是材料創(chuàng)新，要突破的關鍵點都是安全性與能量密度的平衡問題。

近兩年來，電池熱失控導致的爆炸自燃，引發(fā)了大眾對新能源汽車的安全焦慮。因此可以兼顧電池性能與安全性的“三明治”式復合集流體，成為動力電池領域的技術焦點。

高工鋰電了解到，目前代表性的正負極集流體材料復合鋁/銅箔，便采用了“三明治”結構：以PET等高分子材質作為基礎材料，上下兩面采用先進工藝沉積金屬鋁/銅層而制成。這種復合箔具備四大優(yōu)勢：

1.高能量密度：高分子有機材料密度更低，可將復合集流體的重量降低50%-80%。相對應可提升5-10%的電池能量密度。

2.高安全性：復合鋁/銅箔所具備的“絕緣基材+輕薄導電層”結構，已通過針刺實驗。在電池內短路時，可通過熔斷、絕緣材料提供較大電阻，短時間內切斷或降低短路電流；電池循環(huán)壽命可提升5%。

3.低成本：與傳統鋁/銅箔相比，復合箔的鋁/銅厚度減少了66.7%，并且隨著規(guī)?；a成本有望進一步降低。

4.對鋁/銅材價格敏感度更低：復合箔原材料成本占比約40%-50%，明顯低于傳統電解鋁/銅箔的78%。

高工鋰電獲悉，國內早期從事復合集流體產品研發(fā)的廠商廣東匯成真空科技股份有限公司是一家研發(fā)、生產和銷售真空鍍膜設備、光學鍍膜設備、卷繞鍍膜設備、連續(xù)式磁控濺射鍍膜設備、半導體PVD設備等真空應用解決方案的國家高新技術企業(yè)。

經過多年技術發(fā)展和經驗積累，廣東匯成真空具備了完整的真空鍍膜設備研發(fā)、制造能力以及鍍膜工藝開發(fā)能力，開發(fā)出實現在爐內一次走帶完成在柔性基底雙面制備高質量強結合力的金屬膜層PVD鍍膜設備。實現在2.0-4.5微米厚、寬幅600-1700MM的PET等塑料薄膜表面一次完成雙面鍍銅膜，“金屬銅-高分子支撐層-金屬銅”三明治結構，高產能批量化生產，設備鍍膜走速0.5-30m/min。

超薄復合鋁箔PVD鍍膜設備，配備高精度卷繞系統，優(yōu)化卷繞路徑，一次完成雙面鍍鋁膜工藝，低張力控制，基材特殊展平效果。采用雙排、頂夾、多組蒸發(fā)等技術靈活組合，鍍膜輥專利冷卻技術和低溫處理工藝，優(yōu)化蒸發(fā)單元結構布局、密集大量蒸發(fā)，保障幅寬方向均勻性高，蒸發(fā)工藝和基材線速穩(wěn)定，保障傳輸方向均勻性高，攻克大規(guī)?？焖僬舭l(fā)沉積厚鋁膜難關，實現高產能批量化生產。

2021年8月，廣東匯成真空被國家工信部授予第三批“專精特新‘小巨人’”企業(yè)稱號。

由于PET等高分子材料的結晶度大、極性小、表面能低，會影響鍍層與基材之間的黏合力，且高分子材料大多為不導電的絕緣體，因此無法直接進行電鍍，需要先對高分子材料進行表面處理、活化等，使其表面沉積一層導電的金屬膜，再進行電鍍。

此環(huán)節(jié)的關鍵在于應用磁控濺射工藝使高分子材料“金屬化”。具體來說，多以純度為99.999％的銅作為靶材，在PET基膜上進行真空納米級涂層，通過一次或多次轟擊銅靶材，使其沉積在PET基膜表面，濺射形成厚度約為20nm-70nm的金屬銅膜。

但磁控濺射環(huán)節(jié)也常面臨銅膜與聚合物基體的結合力差、銅膜針孔率高等問題，而且由于常規(guī)磁控濺射技術的沉積速度慢，造成了產能瓶頸。

而廣東匯成真空的PVD鍍膜設備，與常規(guī)的磁控濺射技術相比，具備多個工藝優(yōu)勢：

設計界面互穿網絡結構，提高柔性基底與金屬層結合強度，避免外部擠壓碰撞帶來的銅層大面積脫落，降低電池內部短路概率及短路熱量，提高電池安全性能。

提高柔性基底與金屬層的界面結合強度，避免電池充放電過程中負極材料體積變化導致的銅膜剝落，保持復合銅箔界面長期完整性，降低安全隱患。

調控鍍膜基材卷繞過程中的恒張力；發(fā)展多電機恒速度恒張力走膜卷繞傳動系統設計和智能控制技術，避免薄膜拉伸變形，提高良品率。

高能量低密度氬離子+低能量高電離度金屬離子技術，通過降低沉積溫度、提高銅膜結晶性，提高導電性能，加快磁控濺射的節(jié)拍，顯著提高產能。

低能量高電離度金屬離子沉積致密+高能量低密度氬離子刻蝕致密，降低箔材穿孔風險。

高能量低密度氬離子粗化導電集流體表面，使導電集流體與活性物質充分接觸，降低電池內阻。

概括來說，廣東匯成真空鍍膜設備生產的復合鋁/銅箔，通過鋁/銅膜與PET/PP高結合以保障電池安全性的同時，大大提升了電池的導電性能與生產節(jié)拍。

從市場前景來看，目前包括諾德股份、德福科技、金美新材料在內的復合箔材料企業(yè)，都在持續(xù)加大復合箔的研發(fā)力度。

受益于行業(yè)增長需求，到2025年國內復合鋁/銅箔設備市場有望達130億元規(guī)模。早期布局的設備龍頭有望憑借先發(fā)優(yōu)勢持續(xù)受益。

可以預見的是，以廣東匯成真空為代表的領先設備廠商，將推動復合鋁/銅箔在材料結構層面的變革，助力復合鋁/銅箔在主流電池企業(yè)和車企中的滲透率進一步提升，并為鋰電池行業(yè)升級帶來福音。

審核編輯 ：李倩